約翰遜–科里–柴可夫斯基反應
| 約翰遜–科里–柴可夫斯基反應 Johnson-Corey–Chaykovsky reaction | |
|---|---|
| 命名根據 | A. William Johnson 艾里亞斯·詹姆斯·科里 Michael Chaykovsky |
| 反應類型 | 成環反應 |
| 標識 | |
| 有機化學網站對應網頁 | corey-chaykovsky-reaction |
約翰遜–科里–柴可夫斯基反應（英語：Johnson–Corey–Chaykovsky reaction），有時簡稱為Corey–Chaykovsky反應或縮寫成CCR，是一個用來合成如環氧化合物、氮雜環丙烷和環丙烷這類含三元環結構的有機化合物的有機化學反應。是由William Johnson在1961年發現的，後經艾里亞斯·詹姆斯·科里和Michael Chaykovsky的大幅完善和開發而成為一個重要的有機化學人名反應。
這個反應涉及到硫葉立德對親電的碳碳或碳雜雜原子雙鍵（如酮類、、醛類、亞胺、α,β-不飽和羰基化合物）的加成產生對應的三元環結構。不管初始反應物的立體化學構型如何，該反應的非對映選擇性都有利於生成反式取代的產物。除傳統的烯烴環氧化反應以外，該反應提供了一條以醛、酮這類羰基化合物為原料有效合成環氧化物的途徑。
多個著名天然化合物的全合成都使用了這個反應，利用它作為亞甲基化試劑在全合成過程中實現所需的環氧化物結構。對該反應的機理、適用範圍以及對映體的選擇性合成方法均已有深入的研究[1][2][3][4][5]。
歷史
最早由William Johnson在1961年發現的。他原本想嘗試實現9-二甲鋶基芴與對硝基苯甲醛之間的Wittig 反應合成烯烴，結果用兩者反應後未能如膦或胂葉立德和苯甲醛的反應那樣得到苯亞甲基芴，而是得到了環氧亞苄基芴，從而偶然發現了此反應。[6]
此後科里和Chaykovsky在這個發現的基礎上發展出了二甲基亞甲基鋶葉立德(CH3)2SCH2和另一種亞碸葉立德試劑——二甲基氧代亞甲基硫葉立德(CH3)2SOCH2（Dimethyloxosulfonium methylide），即Corey-Chaykovsky試劑。[7]。
反應試劑的製備
Corey–Chaykovsky試劑和二甲基亞甲基硫葉立德可分別通過二甲基亞碸和二甲基硫醚與碘甲烷形成鎓鹽，然後用強鹼（如氫化鈉[8] 或正丁基鋰）去質子化形成。Corey–Chaykovsky試劑不穩定，一般在反應中原位製備並進行反應。[9][10]
例如Corey–Chaykovsky試劑與二苯甲酮的反應：
因為反應是在鹼性試劑的存在下發生的，所以Johnson–Corey–Chaykovsky反應不適用於易烯醇化的羰基化合物。 近年來也有將此反應用於環氧化物的催化不對稱合成。
反應機理
Johnson–Corey–Chaykovsky反應的機理如下： 首先鋶葉立德對羰基或羰基共軛的烯烴雙鍵或亞胺基團親核加成，葉立德上的負電荷轉移至雜原子上。因為鋶正離子是一個好的離去基團，所以隨後帶負電荷的雜原子發生分子內的親核取代形成三元環，同時使鋶正離子以硫醚的形式離去。它與維蒂希反應的不同在於：維蒂希反應通過四元環中間體能形成鍵能更大的磷氧雙鍵和烯烴，從而避免了環氧乙烷的形成。[1]
反應的反式非對映選擇性來源於反應初始步驟親核加成反應的可逆性，它使得平衡傾向於形成反式而非順式構象的甜菜鹼型內鹽。由於親核加成得到的內鹽分子中正負電荷間僅隔着兩個碳原子，根據密度泛函理論的計算顯示反應的速率控制步驟是中間的碳碳單鍵旋轉使得帶負電荷的雜原子能從背後對鋶正離子進攻。[1]
四個因素決定了反應初始步驟的的可逆性（即反應的非對映選擇性），可逆性越大則選擇性越高：[1]
- 底物的穩定性越高利於親核加成步驟的平衡傾向於起始物，使得初始步驟的可逆性越大。
- 葉立德越穩定會使初始步驟的可逆程度越大。
- 甜菜鹼型內鹽中間體的空間位阻越大不利於中間體的形成並使起到決速作用的碳碳鍵旋轉過程變慢，則初始步驟的可逆程度越大
- 通過抗衡離子比如鋰離子的參與使得內鹽中間體更大程度的發生溶劑化，則會使碳碳單鍵的旋轉更為容易，從而降低可逆性。
範圍
Johnson–Corey–Chaykovsky反應在有機合成中有多種用途。
不同類型的葉立德
連接不同官能團的碳陰離子和鋶陽離子構成許多不同類型的硫葉立德。取代基會影響合成硫葉立德試劑的難易程度（典型的合成方法是用鋶鹽的鹵化物比如從碘化三甲基鋶製備硫葉立德）和硫葉立德的反應速率。
參見
參考資料
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Aggarwal, V. K.; Richardson, J. The complexity of catalysis: origins of enantio- and diastereocontrol in sulfur ylide mediated epoxidation reactions. Chemical Communications. 2003: 2644. doi:10.1039/b304625g.
- ^ Aggarwal, V. K.; Winn, C. L., Catalytic, Asymmetric Sulfur Ylide-Mediated Epoxidation of Carbonyl Compounds: Scope, Selectivity, and Applications in Synthesis, Accounts of Chemical Research, 2004, 37: 611, doi:10.1021/ar030045f
- ^ Gololobov, Y. G.; Nesmeyanov, A. N.; lysenko, V. P.; Boldeskul, I. E., Twenty-five years of dimethylsulfoxonium ethylide (corey's reagent), Tetrahedron, 1987, 43: 2609, doi:10.1016/s0040-4020(01)86869-1
- ^ Li, A.-H.; Dai, L.-X.; Aggarwal, V. K., Asymmetric Ylide Reactions: Epoxidation, Cyclopropanation, Aziridination, Olefination, and Rearrangement, Chemical Reviews, 1997, 97: 2341, doi:10.1021/cr960411r
- ^ McGarrigle, E. M.; Myers, E. L.; Illa, O.; Shaw, M. A.; Riches, S. L.; Aggarwal, V. K., Chalcogenides as Organocatalysts, Chemical Reviews, 2007, 107 (12): 5841 [2012-08-22], doi:10.1021/cr068402y, （原始內容存檔於2021-07-27）
- ^ A. William Johnson, Robert B. LaCount. The Chemistry of Ylids. VI. Dimethylsulfonium Fluorenylide-A Synthesis of Epoxides. J. Am. Chem. Soc. 1961, 83 (2): 417–423 [2012-08-22]. doi:10.1021/ja01463a040. （原始內容存檔於2021-07-27）.
- ^ Corey, E.J.; Chaykovsky, M. Dimethyloxosulfonium Methylide ((CH3)2SOCH2) and Dimethylsulfonium Methylide ((CH3)2SCH2). Formation and Application to Organic Synthesis. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87 (6): 1353–1364 [2012-08-22]. doi:10.1021/ja01084a034. （原始內容存檔於2020-09-25）.
- ^ Corey, E. J.; Chaykovsky, M. METHYLENECYCLOHEXANE OXIDE. Organic Syntheses. 1969, 49: 78 [2009-10-17]. （原始內容存檔於2010-03-31）.
- ^ E. J. Corey, Michael Chaykovsky. Dimethylsulfoxonium Methylide. J. Am. Chem. Soc. 1962, 84 (5): 867–868. doi:10.1021/ja00864a040.
- ^ E. J. Corey, Michael Chaykovsky. Dimethyloxosulfonium Methylide ((CH3)2SOCH2) and Dimethylsulfonium Methylide ((CH3)2SCH2). Formation and Application to Organic Synthesis. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87 (6): 1353–1364. doi:10.1021/ja01084a034.